تعریف PCI Expressبه زبان ساده

برای ارتقا سیستم باید یک سری قطعات همچون کارت صدا، کارت شبکه، کارت گرافیک و… را بر روی مادربرد نصب کنیم. خب سؤال اینجاست که این کارت‌ها در کدام قسمت مادربرد نصب می‌شوند؟ ببینید دوستان، بر روی مادربرد یک سری شکاف‌هایی وجود دارد که به شکاف‌های توسعه معروف هستند. به انگلیسی میگویند Expanation Port یا Expanation Slot. این کارت‌ها مستقیماً به شکاف‌های توسعه وصل می‌شوند تا مادربرد مستقیماً به سخت‌افزار دسترسی داشته باشد. عکسی که در پایین می‌بینید عکس یک مادربرد است. در این عکس انواع رابط‌های اتصال نشان داده‌شده است. PCI Express یا همان PCIe آخرین نسل از شکاف‌های توسعه است؛ که مبحث اصلی این مقاله‌ی چهارراه کامپیوتر است.

نسل‌های مختلف Expanation Port

در طی سال‌های متمادی انواع مختلفی از Expanation Port ساخته شد. در زیر فهرستی از پورت‌های توسعه که معمولاً در رایانه‌ها و کارت‌های مرتبط به آن اسلات وجود دارد، آورده شده است.

• AGP: کارت گرافیک
• AMR: کارت صدا-مودم
• CNR: کارت صدا-مودم-کارت شبکه
• EISA: کارت شبکه- کارت گرافیک-SCSI
• ISA: کارت صدا- کارت گرافیک-کارت شبکه
• PCI: کارت صدا- کارت گرافیک-کارت شبکه
• PCI-e: کارت شبکه- کارت گرافیک-SCSI

امروزه محبوب‌ترین اسلات PCIe است، هرچند که برخی از رایانه‌های جدید هنوز از شکاف‌های PCI و AGP استفاده می‌کنند. PCIe جایگزین تمام فناوری‌های قدیمی شده است. خوبِ است که بدانید که یک سری شکاف‌های توسعه هستند که به آن‌ها میگویند External PCI Express) EPCI e)که نوع خارجی PCI است؛ یعنی نیاز به یک کابل خاص دارد که مادربرد را به دستگاه EPCI e وصل می‌کند.

آشنایی با پی سی آی ای

اوایل دهه‌ی 2000 بود که PCIe توسعه پیدا کرد. یکی از مزایای بزرگ آن این است که به‌جای یک باس سریال از یک باس با دسترسیP2P استفاده می‌کند. بدین معنی است که شکاف‌های PCIe و کارت‌های نصب ‌شده بر روی آن می‌توانند از حداکثر سرعت خود نهایت استفاده را کنند، بدون اینکه چندین کارت در یک باس مسدود شوند.

هرچقدر مقدار پورت بزرگ‌تر باشد، حداکثر اتصال کارت‌های جانبی و درگاه بیشتر است. این اتصال‌ها به‌عنوان Lane شناخته می‌شوند. هر Lane در پی سی آی ای دو تا مسیر دارد، یکی برای ارسال داده و دیگری برای دریافت داده است؛ یعنی هر مسیر دوتا سیم برای ارسال، دوتا سیم برای دریافت دیتا دارد. پس مجموعاً هر Lane 4 تا سیم دارد. هرچقدر خطوط بیشتری در درگاه پی سی آی ای و کارت‌های متصل به آن وجود داشته باشد سریع‌تر می‌توان داده را بین سیستم کامپیوتر منتقل کرد.

درگاه پی سی آی ای می‌تواند 1، 4، 8، 16 و یا 32 خط داشته باشد. این خطوط را با X”‌ همانند X16 می نویسند که نشان‌دهنده این است که شیارها دارای 16 خط هستند. تعداد خطوط، ارتباط مستقیم با سرعت شکاف‌های توسعه دارند، به همین دلیل است که کارت‌های گرافیکی برای استفاده از X16 ساخته می‌شوند.

نکته قابل‌توجه اینکه، شما می‌توانید یک دستگاه X8 بر روی اسلات X16 قرار دهید، اما عکس آن صادق نیست؛ یعنی نمی‌توانید یک دستگاه X16 را بر روی اسلات X8 قرار دهید، به این دلیل که دستگاه X16 از اسلات X8 ازنظر سایز خیلی بزرگ‌تر است.

سرعت PCI Express

سرعت PCIe ها کمی کمتر از 1GBs در هر خط است، بنابراین دستگاه‌هایی همچون کارت صدا و آنتن WIFI که از درگاه X1 استفاده می‌کنند، می‌توانند داده‌ها را تقریباً با سرعت 1GBsبه سایر رایانه منتقل کنند. کارت‌های توسعه USB 3.0 از X4 یا X8 استفاده می‌کنند به این معنی که می‌توان داده‌ها را 4 یا 8برابر سریع‌تر منتقل کرد. از طرف دیگر درگاه‌های X16 با حداکثر سرعت حدود 15GBsدر نسخه 3.0 PCIe تقریباً برای کلیه کارت‌های گرافیک مدرن طراحی‌شده توسط NVIDIA و AMD استفاده می‌شود.

کارت‌های توسعه از کدام پورت PCIe استفاده می‌کند؟

هیچ راهنمایی تعیین شده‌ای وجود ندارد که کارت‌های توسعه از چه تعداد خط استفاده می‌کنند. بااین‌حال کارت‌های گرافیکی تمایل دارند از X16 به خاطر حداکثر انتقال داده استفاده کنند. تعداد کمی از حافظهSSD که بر روی PCIe نصب‌شده‌اند پورت X4 را ترجیح می‌دهند، هرچند که دیگر زیاد کاربردی نیستند. چرا؟ به خاطر اینکه پورت‌های M.2 ‌ روی کارآمده که مستقیم روی باس مادربرد نصب می‌شود و قرار نیست که از درگاه PCI Express  استفاده کند. کارت‌های شبکه و تجهیزات مانند آداپتور و کنترلرهای RAID ترکیبی از قالب‌های X4 و X8 استفاده می‌کنند.

نسل‌های مختلف PCI Express

• درسال 2001‌بود که اولین نسخه پی سی آی ای به نام PCI Express1.0 روی کارآمد که پهنای باند آن 250مگابایت بر ثانیه است.
• در سال 2007نسخه بعدی آن به نام PCI Express2.0 به بازار عرضه شد که پهنای باند آن دو برابر نسل قبلی یعنی 500مگابایت بر ثانیه بود. در سال‌های 2009نسخه 2.1 معرفی شد که ویژگی‌های نسخه 3.0 را داشت ولی سرعت آن برابر نسخه 2.0 بود.
• در سال 2010بود که نسخه pCIe 3.0 رونمایی شد که تحول بزرگی در پهنای باند پی سی آی ای بود.
• سال 2017 که pCIe 4.0 با پهنای باند 4 گیگ بر ثانیه روی کارآمد.
• آخرین نسخه PCI Express، بانام PCIe 5.0 است که در سال 2019 عرضه شد.

چرا PCI Express؟ تفاوت آن با PCI و؟AGP

PCI از یک باس مشرک استفاده می‌کنند، یعنی همه دستگاه‌های جانبی همچون کارت صدا و کارت گرافیک و… همه بر روی یک باس مشترک قراردارند. بدیهی است که دستگاه‌هایی که پهنای باند بیشتری لازم دارند حق دیگر دستگاه‌ها را ضایع می‌کنند. از طرف دیگر PCIe همان‌طور که گفتیم از یک کانکشن P2P استفاده می‌کند یعنی هر دستگاه مسیر اختصاصی خودش را دارد و عملکرد دستگاه‌ها بر روی‌هم تأثیر ندارد. پی سی آی ای برخلاف PCI که از اتصال موازی استفاده می‌کند، از یک اتصال سری استفاده می‌کند، بنابراین سرعت انتقال دیتا بیشتر است.

همان‌طور که در ابتدا مقاله گفته شدAGP فقط برای ارتباط کامپیوتر باکارت گرافیک است و هیچ دستگاه دیگر را پشتیبانی نمی‌کند. درحالی‌که PCIe همه دستگاه‌های جانبی را پشتیبانی می‌کند.